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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur reibungsarmen Lagerung einer Messspindel, insbesondere eines Rotationsviskosimeters, in einem Messspindellager.
Bei Rotationsviskosimetern befindet sich die Flüssigkeit, deren Viskosität gemessen werden soll, zwischen zwei rotationssymmetrischen und koaxial angeordneten Randflächen, z. B. in Zylinderform, von denen eine mit einer zeitlich konstanten Drehzahl rotiert. Dabei wirkt auf jede der beiden Randflächen das gleiche Drehmoment, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Aus dem Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl wird die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt.
Dazu wird entweder die Drehzahl der rotierenden Randfläche, des sog. Messkörpers, vorgegeben und das von der Flüssigkeit auf den Messkörper ausgeübte Drehmoment gemessen, oder das Drehmoment auf den Messkörper vorgegeben und die Drehzahl des Messkörpers gemessen.
Zumeist wird die Rotation des Messkörpers über einen Elektromotor gesteuert und das auf den Messkörper wirkende Drehmoment über die Auslenkung einer Spiralfeder oder die Stromaufnahme des Elektromotors gemessen.
Die JP 08-338802 A zeigt ein Rotationsviskosimeter mit einem Rotationsaktivator, der mit einem rotierbaren Rotor über eine Wirbelstromkopplung verbunden ist. Der Rotor wird über einen Drehzahlmesser und eine Steuereinheit auf einer vorgebbaren Drehzahl gehalten, während die Viskosität in einer Auswerteeinheit aus den Signalen der vorgebbaren Drehzahl, der tatsächlichen Drehzahl des Rotors und einem Additionsteil berechnet wird.
Die EP 0 926 481 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit in einem rotierbaren und mit der Messflüssigkeit füllbaren äusseren Hohlzylinder und einem darin befindlichen von der Messflüssigkeit umgebenen inneren Zylinder, wobei eine Vorrichtung zur Erzeugung eines auf die Rotationsbewegung des inneren Zylinders wirkenden Bremsmomentes mit einem Wirbelstromelement und einem Brems-Magnetelement vorgesehen ist.
Die WO 90/06500 A1 zeigt schliesslich ein Rotationsviskosimeter, bei dem Flüssigkeit in einem geschlossenen Kanal mit einem Rotor fliesst, wobei die Drehgeschwindigkeit des Rotors direkt von der Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeit abhängt, und bei dem ein Bremselement vorgesehen ist, das über Wirbelstromkörper die Drehgeschwindigkeit des Rotors in Abhängigkeit der Viskosität herabsetzt.
Solche Rotationsviskosimeter sind seit langem bewährt, weisen jedoch entscheidende Nachteile auf. So sind bezüglich der Messung des Drehmoments z.T. der Messbereich einer Spiralfeder und andererseits die Genauigkeit der Drehmomentmessung über den Motorstrom stark begrenzt.
Ein weiterer Nachteil ist die infolge der Lagerung des Messkörpers auftretende, nicht konstante Lagerreibung. Diese spielt eine besonders grosse Rolle bei niedrigen Drehmomenten, die bei der Messung von niederviskosen Flüssigkeiten auftreten.
Insbesondere bei der Bestimmung von kleinen Viskositäten wird die Messgenauigkeit durch Reibung am Lager beeinträchtigt.
Ziel der Erfindung ist es, das auf einen Messkörper wirkende Drehmoment mit grosser Genauigkeit über einen grossen Drehmomentbereich mit im wesentlichen konstanter Lagerreibung messen zu können, ohne dazu die Messanordnung umbauen zu müssen, wobei zur Erhöhung der Messgenauigkeit Reibungseffekte minimiert werden sollen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Messspindellager, insbesondere als Hohlwelle ausgebildet, die Messspindel gelagert durchsetzt, und dass dieses Messspindellager von in ortsfesten Aufnahmen angeordneten Lagern, z.B. Wälzlager, drehbar gelagert ist. Damit wird der Einfluss der Lagerreibung bei der Messung herabgesetzt, was die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Drehmoments weiter erhöht. Weiters können so elektrische Signale erzeugt werden, die für eine effiziente Bestimmung und elektronische Anzeige der Viskosität geeignet sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser erfindungsgemässen Vorrichtung zur reibungsarmen Lagerung der Messspindel kann darin bestehen, dass zum Antrieb des Messspindellagers ein drehzahlregelbarer Elektromotor, z. B. ein Synchronmotor, vorgesehen ist, dessen mit Permanentmagneten ausgebildeter Läufer drehfest mit dem Messspindellager, verbunden ist, und dessen Erregerspulen an einen Ausgang einer Steuerung angeschlossen sind, an deren Eingang ein der Drehzahl der Messspindel proportionales Signal anlegbar ist, wobei an diesem einen Ausgang ein periodisch um die Drehzahl der Messspindel schwankendes Signal erzeugbar ist.
Durch diese vorstehenden Massnahmen kommt es zu einem periodischen Vor- und Nacheilen des Lagers gegenüber der Messspindel, wodurch allenfalls auftretende Einflüsse einer Haftreibung zwischen
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der Messspindel und dem Lager sicher ausgeschaltet werden. Die Einflüsse auf die Messspindel aufgrund der Einwirkung der Reibmomente in positiver und negativer Richtung heben sich dabei in Summe auf und beeinflussen die Messung der Viskosität praktisch nicht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass an der Messspindel eine Codierung drehfest zur Messspindel angeordnet ist, die zur Erzeugung eines der Drehzahl der Messspindel proportionalen Signals mit einem Sensor zusammenwirkt, der in einem Gehäuseteil gehalten ist. Dies ermöglicht es, die Drehzahlen des Lagers an jene der Messspindel anzugleichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein die Temperatur des Wirbelstrom-Körpers erfassender Sensor vorgesehen ist, der mit der Auswerteschaltung verbunden ist. Dadurch gelingt es, den Einfluss der Temperatur des Wirbelstrom-Körpers, die über die temperaturabhängige Leitfähigkeit desselben auch die Drehzahl des Wirbelstrom-Körpers bei gleicher Viskosität der zu messenden Flüssigkeit beeinflusst, zu kompensieren und dadurch die Messgenauigkeit zu verbessern.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der die Temperatur des Wirbelstrom-Körpers erfassende Sensor als Infrarot-Sensor ausgebildet ist. Durch diese Ausführung wird eine berührungslose und damit das Messergebnis nicht beeinflussende Erfassung der Temperatur des WirbelstromKörpers ermöglicht.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur reibungsarmen Lagerung einer Messspindel, insbesondere eines Rotationsviskosimeters, in einem Messspindellager.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur reibungsarmen Lagerung einer Messspindel, insbesondere eines Rotationsviskosimeters, in einem Messspindellager derart weiterzubilden, dass die Reibungseffekte minimiert werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Messspindellager, das insbesondere als Hohlwelle ausgebildet sein kann, welche die Messspindel gelagert durchsetzt, drehbar gehalten und von einem drehzahlregelbaren Motor, insbesondere Synchronmotor, derart angetrieben wird, dass die Drehzahl des Messspindellagers periodisch um den zeitlichen Mittelwert der Drehzahl n2 der Messspindel schwankt, indem während einer Halbperiode die Drehzahl des Messspindellagers um einen Betrag Ax grösser und in der darauffolgenden Halbperiode um einen Betrag Ay kleiner als die Drehzahl n2 der Messspindel gewählt wird. Damit wird der Einfluss der Lagerreibung bei der Messung herabgesetzt, was die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Drehmoments weiter erhöht.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass Ax gleich Ay gewählt wird.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 den Querschnitt durch ein Rotationsviskosimeter mit Antrieb einer Messspindel über einen Wirbelstrom-Körper und antreibbarem Messspindellager, und
Fig. 2 den Querschnitt durch ein Rotationsviskosimeter mit direktem Antrieb einer Messspindel über einen Elektromotor und antreibbarem Messspindellager.
Das Rotationsviskosimeter gemäss Fig. 1 umfasst einen im wesentlichen zylindrischen Messkörper 1, der bei einer Messung von der zu messenden Flüssigkeit 2 umgeben ist, die sich in einem Gefäss 3 befindet. Dieser Messkörper 1 ist über eine Messspindel 4 drehfest mit einem Wirbelstrom-Körper 5 verbunden.
Die Messspindel 4 durchsetzt - gelagert in Wälzlager 6 - eine Hohlwelle 7, die ihrerseits in Wälzlager 8 gelagert ist. Die Wälzlager 8 sind in Aufnahmen 9 von ortsfesten Gehäuseteilen 10, 11 angeordnet. Hohlwelle 7 sowie die Lager 6,8 bilden das Messspindellager.
Oberhalb des Wirbelstrom-Körpers 5 ist ein von einem Elektromotor 12, z. B. einem Scheibenläufermotor, antreibbarer Permanentmagnet 13 angeordnet. Versetzt der Elektromotor 12 den Permanentmagnet 13 mit einer Drehzahl n1 in Rotation, so werden durch das Magnetfeld des rotierenden Permanentmagneten 13 im Wirbelstrom-Körper 5 Wirbelströme induziert, welche auf den Wirbelstrom-Körper 5 ein Drehmoment ausüben, dessen Grösse proportional zum Unterschied zwischen der Drehzahl n1 des Permanentmagneten 13 und der Drehzahl n2 der Messspindel 4 ist.
Der Elektromotor 12 umfasst weiters Spulen 14, die mit einer Steuerschaltung 15 verbunden sind über welche die Drehzahl n1 geregelt werden kann. Die in der Steuerschaltung 15 geregelte Drehzahl n1 des Elektromotors 12 und das von der Viskosität der Flüssigkeit 2 abhängige, über den Messkörper 1 auf die Messspindel 4 ausgeübte bremsende Drehmoment bestimmen die Drehzahl
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n2 der Messspindel 4.
Zur Erfassung der Drehzahl n2 des Wirbelstrom-Körpers 5 und somit der Messspindel 4 ist ein Sensor 16 vorgesehen, welcher mit einer Codierung 17 zusammenwirkt, die auf dem WirbelstromKörper 5 angeordnet ist. Dabei ist der Sensor 16 im Gehäuseteil 11gehalten.
Das Ausgangssignal des Sensors 16 wird über eine Steuerung 117 an einen Eingang einer Auswerteschaltung 18 geführt. An einem weiteren Eingang der Auswerteschaltung 18 liegt das der Drehzahl n1 proportionale Ausgangssignal der Steuerschaltung 15 an.
Die Stärke der im Wirbelstrom-Körper 5 induzierten Wirbelströme und damit das auf die Messspindel 4 übertragene Drehmoment ist proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des WirbelstromKörpers 5, die von der Temperatur t abhängt. Die Temperatur des Wirbelstrom-Körpers 5 kann von einem in dem Gehäuseteil 11 ortsfest angeordneten Sensor 19, vorzugsweise einem Infrarotsensor, insbesondere berührungslos, gemessen werden. Dieses Sensor-Ausgangssignal kann einem dritten Eingang der Auswerteschaltung 18 als Korrekturgrösse für die Messwertauswertung zugeführt werden.
Aus diesen Eingangsgrössen errechnet die Auswerteschaltung 18 die Viskosität # der zu messenden Flüssigkeit nach der Beziehung
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und zeigt das Ergebnis in einem Display 20 an.
Ferner kann gemäss der Erfindung der Einfluss der Lagerreibung zwischen Messspindel 4 und Messspindellager 6,7, 8 auf das Messergebnis eines Rotationsviskosimeters weitgehend herabgesetzt werden.
Dies ist nachstehend in Zusammenhang mit einem erfindungsgemässen Rotationsviskosimeter gemäss Fig. 1 sowie anhand Fig. 2 in Zusammenhang mit einem nach dem Stand der Technik mit einem herkömmlichen Elektromotor angetriebenen Rotationsviskosimeter beschrieben, wobei übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Zum Zwecke der Kompensation der Lagerreibung ist die Hohlwelle 7 drehfest, vorzugsweise einstückig, mit einem mit Permanentmagneten 21 versehenen Läufer 22 eines drehzahlregelbaren Elektromotors 23, beispielsweise eines Synchronmotors, verbunden. Die Hohlwelle 7 ist von den Lagern 8, die Messspindel 4 in den Lagern 6 gelagert, wobei es sich bevorzugt um ein Wälzlager handelt. Dieser drehzahlregelbare Elektromotor 23 umfasst Spulen 24, die mit einem weiteren Ausgang der Steuerung 17 bzw. einem Ausgang der Steuerung 34 (Fig. 2) verbunden sind.
Über diesen Ausgang der Steuerung 117 bzw. 34 liegt an dem drehzahlregelbaren Elektromotor 23 ein periodisches Steuersignal an. Während einer Halbperiode ist das Steuersignal so gewählt, dass es das Messspindellager mit einer Drehzahl antreibt, die um den Betrag Ax grösser als die Drehzahl n2 der Messspindel ist, also mit n2 + #x. In der darauf folgenden - gleich grossen Halbperiode wird das Messspindellager mit einer Drehzahl angetrieben, die um den Betrag Ay kleiner als die Drehzahl n2 der Messspindel ist, also mit n2 - #y.
Bevorzugt werden diese Beträge Ax und Ay gleich gross gewählt. Das ist insbesondere bei der allfälligen Verwendung von Gleitlagern für die Messspindellager 6 von Bedeutung ; Verwendung von Wälzlagern, bei welchen das Reibmoment unabhängig von der Differenzdrehzahl ist, kann #x # Ay gewählt werden.
Dadurch, dass die Drehzahl der angetriebenen Lager 6 um Ax grösser als die Drehzahl n2 der Messspindel 4 ist, wird auf diese ein solches Drehmoment ausgeübt, dass die Messspindeldrehzahl n2 + Ax' beträgt, wobei zufolge der Lagerreibung der Messspindel 4 in den Lagern 6 gilt #x' #x.
Die Messspindel hat nunmehr eine Drehzahl n2 + Ax', die Steuerung 117 erhöht die Läuferdrehzahl um Ax', die Messspindeldrehzahl erhöht sich um Ax" wobei Ax" < #x' ist usw.
Die Inkremente #xn konvergieren gegen Null, so dass sich eine Gleichgewichtsdrehzahl der
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bar klein. Die Drehzahl n2 ist somit in dieser Halbperiode um die reibungsbedingten Inkremente #x', #x''....... #xn grösser.
In der darauffolgenden Periode wird der Läufer mit einer Drehzahl n2 - #y angetrieben. Die vorstehenden Überlegungen gelten sinngemäss, so dass sich eine Gleichgewichtsdrehzahl
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n2 - #y'- #y''- .... #yn
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In der Steuerung 117 wird für diese beiden Halbperioden der Mittelwert gebildet:
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sodass am Ausgang der Steuerung 117 die nicht von den Reibungswerten der Lager 6 verfälschte Drehzahl der Messspindel 4 anliegen. Hinsichtlich Fig. 2 gelten die analogen Überlegungen für die Drehzahl n3 der Messspindel.
Der am Ausgang der Steuerung 117 anliegende Drehzahlwert n2 der Messspindel ist somit durch die Reibungswerte der Lager nicht verfälscht. Somit kann das viskositätsabhängige Drehmoment am Messkörper 1 in der zu messenden Flüssigkeit 2 als weitgehend fehlerfrei erfasst werden.
Der in Fig. 2 gezeigte Elektromotor 25 nach dem Stand der Technik umfasst einen Läufer 26 und einen Stator 27. Über eine Spannungsquelle 28 wird der Motor 25 mit einer vorgegebenen Drehzahl n3 in Umdrehungen versetzt und die hiefür erforderliche Stromaufnahme I der Statorwicklung mit einem Strommesser 29 erfasst. Aus dieser Stromgrösse wird in einem Rechenwerk 30 das auf die Messspindel 4 wirkende Drehmoment bzw. die Viskosität errechnet und in einem Display 31 zur Anzeige gebracht.
Der Sensor 32 erfasst im Zusammenwirken mit einer Codierung 33 die Drehzahl des Läufers 26, sein Messsignal liegt an einem Eingang einer Steuerung 34 an, deren Ausgang mit den Spulen 14 des drehzahlregelbaren Elektromotors 25 verbunden sind.
Die vorstehend erläuterte Steuerung 34 und 117, die Steuerschaltung 15, die Auswerteschaltung 18 und das Rechenwerk 30 sind bevorzugt auf Software-Basis realisiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur reibungsarmen Lagerung einer Messspindel (4), insbesondere eines Rota- tionsviskosimeters, in einem Messspindellager (6), dadurch gekennzeichnet, dass das
Messspindellager (6), insbesondere als Hohlwelle (7) ausgebildet, die Messspindel (4) ge- lagert durchsetzt, und dass dieses Messspindellager (6) von in ortsfesten Aufnahmen (9) angeordneten Lagern (8), z.B. Wälzlager, drehbar gelagert ist.
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The invention relates to a device for low-friction storage of a measuring spindle, in particular a rotational viscometer, in a spindle bearing.
In rotary viscometers, the liquid whose viscosity is to be measured, between two rotationally symmetrical and coaxially arranged edge surfaces, eg. B. in cylindrical form, one of which rotates at a constant speed over time. The same torque acts on each of the two edge surfaces, but in the opposite direction. From the relationship between torque and speed, the viscosity of the liquid is determined.
For this purpose, either the rotational speed of the rotating edge surface, the so-called measuring body, predetermined and measured the force exerted by the liquid on the measuring body torque, or set the torque on the measuring body and measured the speed of the measuring body.
In most cases, the rotation of the measuring body is controlled by an electric motor and the torque acting on the measuring body is measured via the deflection of a spiral spring or the current consumption of the electric motor.
JP 08-338802 A shows a rotational viscometer with a rotational activator connected to a rotatable rotor via an eddy current coupling. The rotor is held by a tachometer and a control unit at a predetermined speed, while the viscosity is calculated in an evaluation of the signals of the predetermined speed, the actual speed of the rotor and an addition part.
EP 0 926 481 A2 shows a device for determining the viscosity of a liquid in a rotatable outer hollow cylinder which can be filled with the measuring liquid and an inner cylinder surrounded by the measuring liquid, a device for generating a braking torque acting on the rotational movement of the inner cylinder is provided with an eddy current element and a brake magnetic element.
WO 90/06500 A1 finally shows a rotational viscometer in which liquid flows in a closed channel with a rotor, wherein the rotational speed of the rotor depends directly on the flow rate of the liquid, and in which a braking element is provided, the eddy current body, the rotational speed of the Reduces rotor depending on the viscosity.
Such rotational viscometers have long been proven, but have significant disadvantages. Thus, with respect to the measurement of the torque z.T. the measuring range of a coil spring and on the other hand, the accuracy of torque measurement over the motor current severely limited.
Another disadvantage is the non-constant bearing friction that occurs as a result of the bearing of the measuring body. This plays a particularly important role at low torques, which occur in the measurement of low-viscosity liquids.
In particular, in the determination of small viscosities, the measurement accuracy is affected by friction on the bearing.
The aim of the invention is to be able to measure the torque acting on a measuring body with great accuracy over a large torque range with substantially constant bearing friction, without having to rebuild the measuring device, wherein to increase the accuracy of measurement friction effects should be minimized.
According to the invention this is achieved in that the spindle bearing, in particular designed as a hollow shaft, passes through the measuring spindle, and in that this spindle bearing of bearings arranged in stationary receptacles, e.g. Rolling, is rotatably mounted. Thus, the influence of the bearing friction is reduced during the measurement, which further increases the measurement accuracy in the determination of the torque. Furthermore, electrical signals can be generated which are suitable for efficient determination and electronic display of the viscosity.
A particularly advantageous embodiment of this inventive device for low-friction mounting of the measuring spindle may be that for driving the spindle bearing a speed-controllable electric motor, for. B. a synchronous motor, is provided, whose rotor formed with permanent magnets rotatably connected to the spindle bearing, and whose excitation coils are connected to an output of a controller, at the input of a speed of the measuring spindle proportional signal can be applied, wherein at this one output a periodically fluctuating signal about the speed of the measuring spindle can be generated.
Due to these above measures, there is a periodic leading and lagging of the bearing relative to the measuring spindle, whereby any occurring influences of static friction between
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the measuring spindle and the bearing are switched off safely. The influences on the measuring spindle due to the effect of the friction moments in the positive and negative directions cancel each other out and practically do not influence the measurement of the viscosity.
Furthermore, it can be provided that a coding on the measuring spindle is rotatably mounted to the measuring spindle, which cooperates to generate a speed of the measuring spindle proportional signal with a sensor which is held in a housing part. This makes it possible to match the rotational speeds of the bearing to those of the measuring spindle.
In a further embodiment of the invention can be provided that a temperature of the eddy current body detecting sensor is provided, which is connected to the evaluation circuit. This makes it possible to compensate for the influence of the temperature of the eddy current body, which also influences the speed of the eddy current body with the same viscosity of the liquid to be measured via the temperature-dependent conductivity thereof and thereby improve the measurement accuracy.
In particular, it can be provided that the sensor detecting the temperature of the eddy current body is designed as an infrared sensor. By this embodiment, a non-contact and thus the measurement result not influencing detection of the temperature of the eddy current body allows.
The invention further relates to a method for low-friction mounting of a measuring spindle, in particular a rotational viscometer, in a spindle bearing.
The object of the invention is to develop a method for the low-friction mounting of a measuring spindle, in particular a rotational viscometer, in a measuring spindle bearing in such a way that the friction effects are minimized.
According to the invention this is achieved in that the spindle bearing, which may be formed in particular as a hollow shaft which passes through the measuring spindle, rotatably supported and driven by a variable speed motor, in particular synchronous motor, such that the rotational speed of the spindle bearing periodically by the time average of the Speed n2 of the measuring spindle fluctuates, in that during a half period the rotational speed of the measuring spindle bearing is increased by an amount Ax and in the following half period by an amount Ay smaller than the rotational speed n2 of the measuring spindle. Thus, the influence of the bearing friction is reduced during the measurement, which further increases the measurement accuracy in the determination of the torque.
In particular, it may be provided that Ax is chosen equal to Ay.
The invention will be further described with reference to the accompanying drawings, in which embodiments are shown. Showing:
1 shows the cross section through a rotational viscometer with drive a measuring spindle via an eddy current body and drivable spindle bearings, and
2 shows the cross section through a rotational viscometer with direct drive of a measuring spindle via an electric motor and drivable spindle bearing.
The rotational viscometer according to FIG. 1 comprises a substantially cylindrical measuring body 1, which in a measurement is surrounded by the liquid 2 to be measured, which is located in a vessel 3. This measuring body 1 is rotatably connected via a measuring spindle 4 with an eddy current body 5.
The measuring spindle 4 passes through - mounted in roller bearings 6 - a hollow shaft 7, which in turn is mounted in roller bearings 8. The rolling bearings 8 are arranged in receptacles 9 of stationary housing parts 10, 11. Hollow shaft 7 and the bearings 6,8 form the spindle bearing.
Above the eddy current body 5 is one of an electric motor 12, z. As a pancake motor, drivable permanent magnet 13 is arranged. If the electric motor 12 rotates the permanent magnet 13 at a rotational speed n1, eddy currents are induced by the magnetic field of the rotating permanent magnet 13 in the eddy current body 5 which exert a torque on the eddy current body 5 whose magnitude is proportional to the difference between the rotational speed n1 of the permanent magnet 13 and the rotational speed n2 of the measuring spindle 4.
The electric motor 12 further comprises coils 14, which are connected to a control circuit 15 via which the speed n1 can be controlled. The controlled in the control circuit 15 speed n1 of the electric motor 12 and the dependent on the viscosity of the liquid 2, via the measuring body 1 exerted on the measuring spindle 4 braking torque determine the speed
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n2 of the measuring spindle 4.
For detecting the rotational speed n2 of the eddy current body 5 and thus the measuring spindle 4, a sensor 16 is provided, which cooperates with a coding 17 which is arranged on the eddy current body 5. In this case, the sensor 16 is held in the housing part 11.
The output signal of the sensor 16 is fed via a controller 117 to an input of an evaluation circuit 18. At a further input of the evaluation circuit 18 is the speed n1 proportional output signal of the control circuit 15 at.
The strength of the eddy currents induced in the eddy current body 5 and thus the torque transmitted to the measuring spindle 4 is proportional to the electrical conductivity of the eddy current body 5, which depends on the temperature t. The temperature of the eddy current body 5 can be measured by a sensor 19 fixedly arranged in the housing part 11, preferably an infrared sensor, in particular without contact. This sensor output signal can be supplied to a third input of the evaluation circuit 18 as a correction variable for the evaluation of the measured value.
From these input variables, the evaluation circuit 18 calculates the viscosity # of the liquid to be measured according to the relationship
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and displays the result in a display 20.
Furthermore, according to the invention, the influence of the bearing friction between measuring spindle 4 and measuring spindle bearings 6, 7, 8 can be largely reduced to the measurement result of a rotational viscometer.
This is described below in connection with a rotational viscometer according to the invention according to FIG. 1 and with reference to FIG. 2 in connection with a rotational viscometer driven according to the state of the art with a conventional electric motor, wherein corresponding parts are designated by the same reference numerals.
For the purpose of compensating the bearing friction, the hollow shaft 7 rotatably, preferably in one piece, with a provided with permanent magnets 21 rotor 22 of a variable speed electric motor 23, for example, a synchronous motor connected. The hollow shaft 7 is supported by the bearings 8, the measuring spindle 4 in the bearings 6, which is preferably a rolling bearing. This speed-controllable electric motor 23 comprises coils 24, which are connected to a further output of the controller 17 or an output of the controller 34 (FIG. 2).
About this output of the controller 117 and 34 is applied to the variable speed electric motor 23, a periodic control signal. During a half period, the control signal is selected so that it drives the measuring spindle bearing at a speed that is greater than the speed n2 of the measuring spindle by the amount Ax, that is to say with n2 + #x. In the following half-period, the measuring spindle bearing is driven at a speed which is smaller by the amount Ay than the rotational speed n2 of the measuring spindle, ie with n2 - #y.
Preferably, these amounts Ax and Ay are the same size. This is particularly important in the case of the possible use of plain bearings for the measuring spindle bearings 6; Using rolling bearings where the friction torque is independent of the differential speed, #x # Ay can be selected.
Due to the fact that the rotational speed of the driven bearings 6 is greater than the rotational speed n2 of the measuring spindle 4 by Ax, a torque is exerted on them such that the measuring spindle rotational speed n2 + Ax ', whereby the bearing friction of the measuring spindle 4 in the bearings 6 applies #x '#x.
The measuring spindle now has a speed n2 + Ax ', the controller 117 increases the rotor speed by Ax', the measuring spindle speed increases by Ax "where Ax" <#x ', etc.
The increments #xn converge to zero, so that an equilibrium rotational speed of the
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bar small. The speed n2 is thus greater in this half-period around the friction-related increments #x ', #x' '....... # xn.
In the following period, the rotor is driven at a speed n2 - #y. The above considerations apply mutatis mutandis, so that an equilibrium speed
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n2 - # y'- #y '' - .... #yn
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In the controller 117, the mean value is formed for these two half-periods:
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so that at the output of the controller 117 are not affected by the friction values of the bearing 6 speed of the measuring spindle 4. With regard to FIG. 2, the analog considerations apply to the rotational speed n3 of the measuring spindle.
The speed value n2 of the measuring spindle applied to the output of the controller 117 is thus not adulterated by the friction values of the bearings. Thus, the viscosity-dependent torque on the measuring body 1 in the liquid to be measured 2 can be detected as largely error-free.
The prior art electric motor 25 shown in FIG. 2 comprises a rotor 26 and a stator 27. The motor 25 is rotated by a voltage source 28 at a predetermined rotational speed n3 and the required current consumption I of the stator winding with an ammeter 29 detected. From this current value, the torque acting on the measuring spindle 4 or the viscosity is calculated in an arithmetic unit 30 and displayed in a display 31.
The sensor 32 detects in cooperation with a coding 33, the rotational speed of the rotor 26, its measuring signal is applied to an input of a controller 34, the output of which are connected to the coils 14 of the variable-speed electric motor 25.
The above-explained controller 34 and 117, the control circuit 15, the evaluation circuit 18 and the arithmetic unit 30 are preferably realized on a software basis.
PATENT CLAIMS:
1. A device for low-friction storage of a measuring spindle (4), in particular a Rota- tion viscometer, in a measuring spindle bearing (6), characterized in that the
Measuring spindle bearing (6), in particular as a hollow shaft (7) formed, the measuring spindle (4) passes through superimposed, and that this spindle bearing (6) arranged in stationary receptacles (9) bearings (8), e.g. Rolling, is rotatably mounted.